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1、泥水平衡式顶管技术应用与控制研究 摘要：现代化城市的发展离不开市政管道的建设，越来越多的深埋设管道、过路管道、穿越建筑物的管道、旧城市政改造工程采用顶管施工技术，以减少拆迁的工程量，减少施工对交通的影响，减少施工对周围居民、行人的影响。以中东部片区污水现状摸查与连接项目-大沙地污水系统【乌涌（广园路以北）W38～W40截污管工程】为例介绍顶进方法比选、顶力计算、出洞方向控制和顶进关键环节控制。谨供其它地区类似工程施工借鉴。关键词：泥水平衡；顶管；顶力计算；出洞方向控制；顶进关键环节控制中图分类号：U173.9文献标识码：A文章编号：1.概况本工程位于乌涌（广园路以北）
2、属大沙地污水处理系统一期工程厂外收集系统，井段为W38至W40之间，全长250米，覆土厚度5～7m。土层地质条件为主要有砾砂、粘土、中风化岩等。2.顶进方法比选4本工程顶管穿越的地层主要有砾砂、粘土、中风化岩等，地下水位较高，埋深较大。针对以上地质特点，我司组织技术人员在顶管机选型方面特别针对本工程的地质特点和难点进行充分研究，采用的泥水平衡顶管机系统在设备上预留了充分的设备准备措施,以应对特殊掘进情况考虑该顶管机所通过段遇中风化岩石以及强风化泥质粉砂岩,且地下水含量较丰富,设计采用岩盘顶管刀具,配以先进滚刀装置,刀具头类似于牙轮钻;实现岩层段(全断面)的破岩功能,刀具
3、耐磨性好,可适应长度300m以上的20MPa岩层掘进,超挖刀(周边刀)的布置和超挖量充分考虑在“半砂半岩”地层掘进需要解决的“软硬偏位”问题;除刀具对岩层的滚压、切削破碎外,中心大锥体的辗压破碎,可以在岩石、土质的地质条件下顶进,同时具备PLC自动控制的泥水平衡系统,使穿越河底的安全更有保障;配备了强大的动力系统,关键部件设计寿命长,刀盘结构稳固。管道铺设方案比较3.顶力计算顶管力学计算主要是计算顶进推力，即是顶管顶进过程管道受的阻力，包括顶管机迎面阻力、管壁摩擦阻力。顶管机迎面阻力：，其中：--顶管机迎面阻力(t)4P-控制土压力（kpa），P=100kpa--顶管机
4、外径（m）管壁摩擦阻力：管壁与土间摩擦系数及土压力大小有关。根据有关工程统计资料，管壁摩擦阻力一般在0.5～2t/m2之间，采用泥水平衡方式，摩擦阻力在0.1～0.5t/m2之间。其中：F—顶管侧摩擦力（t）—管道的外径（m）L—管道设计顶进长度（m）—管道外壁与土的单位面积平均摩阻力（Kn/m2）顶进阻力主要为以上两种力之和。4.出洞时的方向失控工具管出洞时,洞口一定范围的土体受到扰动,对顶管的方向控制非常不利;出洞后的工具管方向的准确与否也会给以后管子的方向控制带来影响。降低出洞时周围土体的扰动程度和控制好出洞后工具管姿态,是顶管顶进方向控制的最基础的工序要求。总结
5、了以往的施工经验,我们认为不同的地层引起工具管出洞方向失控的原因不完全相同,宜采取相应的措施。基于本工程的出洞时土质以粘性土为主。采用如下措施：泥水平衡式工具管的重量较大,当土质的承载力较小时,在自身重力作用下,工具管容易产生“叩头”现象,从而引起顶管方向失控。某顶管工程,我们采用了以下4个措施,4实现了对顶进方向的有效控制:①出洞时,给工具管预设一个向上的角度,可控制在3′～4′;②紧随工具管其后的几节管子的接头,用Ф10～Ф20螺栓纵向连接,提高管子的整体性;③工作井下沉时预设槽钢钢封门,在工具管出洞前及时拔出槽钢,如此,可缩短洞口土体暴露的时间,降低土体扰动程度;
6、④对洞口周围土体进行注浆加固,改善土体性质。(参见下图)防叩头措施示意图5.顶管机顶进关键环节的控制综合各种因素分析，“低速顶进，压住机头，克服上翘，防止地面隆起”是实现安全顶进的关键。对此，重点加强以下施工环节的控制：①注浆减阻，改良土质，降低顶力，顶进时通过管节上的压浆孔，向管道外壁注入一定量的减阻泥浆，在管道外围形成一个泥浆环套，减小管节外壁和土层间的摩擦力，从而减小顶进时的顶力。施工中按1∶2布设注浆管节，同时在360°圆周上按“十”字形布设4个注浆孔，起到了良好的注浆与减阻效果。②严格控制泥水仓的压力与顶进速度，防止地面变形，控制泥水仓的压力P（要求做到4
